無(wú)線充電技術(shù)如何改變工業(yè)解決方案

無(wú)線感應(yīng)充電的工作原理是，在一定距離內(nèi)在感應(yīng)發(fā)射器和接收器線圈上產(chǎn)生電磁場(chǎng)，而無(wú)需任何電纜連接。到2027年，全球無(wú)線充電市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到402.4億美元，從2020年到2027年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為22.2%。

該技術(shù)的主要目的是以更高的效率為工業(yè)設(shè)備、個(gè)人電子設(shè)備、家用電器和便攜式設(shè)備無(wú)線充電，無(wú)需任何電纜。與其主要目標(biāo)相反，無(wú)線感應(yīng)充電在沒(méi)有電纜的情況下無(wú)法完全工作，當(dāng)它不通過(guò)電池供電時(shí)。充電站/發(fā)射器仍將通過(guò)電源線與主電源插座連接，并在沒(méi)有電池時(shí)保持持續(xù)連接。但是像智能手機(jī)這樣的小型個(gè)人電子產(chǎn)品可以無(wú)線充電。它必須放置在無(wú)線站/發(fā)射器附近。充電站/發(fā)射器包含一個(gè)線圈，交流電（交流電）通過(guò)該線圈流向個(gè)人小工具的接收器線圈，并且該電產(chǎn)生電磁場(chǎng)。當(dāng)智能手機(jī)等小型個(gè)人電子產(chǎn)品在此電磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)充電時(shí)。

在工業(yè)中采用無(wú)線充電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

最近，無(wú)線感應(yīng)充電正迅速?gòu)睦碚摪l(fā)展到商業(yè)和工業(yè)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)功能，尤其是智能手機(jī)、耳塞/AirPods、手表等消費(fèi)電子設(shè)備，以最大限度地減少有線充電要求并接受通用無(wú)線解決方案，使用單站/發(fā)射器為所有電子產(chǎn)品個(gè)人小工具充電并提高友好性。減少電子廢物以支持通用解決方案，如Qi（Chee）標(biāo)準(zhǔn)，并且可以最大限度地減少充電器對(duì)不同設(shè)備的特定要求。由于接收器按需發(fā)出功率請(qǐng)求，它更加靈活和節(jié)能，并且可以在發(fā)射器端相應(yīng)地設(shè)置功率傳輸限制，以實(shí)現(xiàn)所需的功率傳輸。它還增加了電池供電和有線設(shè)備的靈活性，以避免更昂貴、更危險(xiǎn)和不可行的選擇。

無(wú)線充電技術(shù)的缺點(diǎn)

無(wú)線充電的唯一缺點(diǎn)是它比有線充電器產(chǎn)生更多的熱量，并且還需要放置特殊的機(jī)械成型/腔體。

讓我們談?wù)劅o(wú)線感應(yīng)充電技術(shù)的當(dāng)前趨勢(shì)基礎(chǔ)

無(wú)線充電技術(shù)的成熟正在朝著兩大方向發(fā)展：基于射頻的充電和基于耦合的充電。為了安全和全球感應(yīng)無(wú)線技術(shù)支持，主要形成了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)支持無(wú)線充電：Qi – 由無(wú)線充電聯(lián)盟 （WPC） 標(biāo)準(zhǔn)、Airfuel – 由合并的 PMA – 由功率物質(zhì)聯(lián)盟和 A4WP – 由無(wú)線充電聯(lián)盟 （A4WP） 標(biāo)準(zhǔn)。

圖-2：組織定義標(biāo)準(zhǔn)

電感耦合功率傳輸還能夠支持千瓦級(jí)以上的高功率傳輸，因此廣泛用于機(jī)器人操縱、自動(dòng)水下航行器、感應(yīng)發(fā)電機(jī)和電機(jī)等工業(yè)自動(dòng)化。為了給包括插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PHEV）在內(nèi)的電動(dòng)汽車（EV）的電池供電，整體效率在80-90%以上，功率為1至10KW，距離小于厘米。中低功率近場(chǎng)充電（功率范圍從幾瓦到幾十瓦）廣泛用于醫(yī)療設(shè)置和家用電器，如感應(yīng)牙刷、電視、照明墻壁開(kāi)關(guān)等，以及小型個(gè)人電子產(chǎn)品便攜式設(shè)備。最近，更多的應(yīng)用涉及油井、海上能量收集、煤礦、電動(dòng)自行車、傳感器、可穿戴設(shè)備、植入式系統(tǒng)、RFID、發(fā)光二極管 （LED） 顯示器、電力線通信和智能電網(wǎng)。

在這兩種無(wú)線充電技術(shù)中，如今，基于耦合的充電，尤其是感應(yīng)充電，由于易于和低成本的實(shí)施，更低的功率，更低的頻率，更高的效率以及消費(fèi)者對(duì)RF指令的安全問(wèn)題，因此在當(dāng)今時(shí)代得到了廣泛的應(yīng)用。

磁感應(yīng)和磁共振耦合這兩種技術(shù)在近場(chǎng)上工作，其中產(chǎn)生的電磁場(chǎng)命令靠近散射物體/發(fā)射器的區(qū)域。近場(chǎng)功率根據(jù)充電距離倒數(shù)的立方衰減。

電感耦合

它的工作原理是磁場(chǎng)感應(yīng)的基本原理，在兩個(gè)線圈之間傳遞電能

功率傳輸是由于初級(jí)線圈穿過(guò)次級(jí)接收器線圈產(chǎn)生的不同電磁場(chǎng)，并在場(chǎng)內(nèi)感應(yīng)電流/電壓，通常小于波長(zhǎng)。該感應(yīng)電壓可用于為無(wú)線設(shè)備充電

電感耦合的工作頻率通常在千赫茲范圍內(nèi)，范圍為110KHz至205KHz。次級(jí)線圈應(yīng)在工作頻率下調(diào)諧，以提高充電效率

由于功率衰減越高，質(zhì)量因數(shù)通常較小，因此有效充電距離小于20cm。例如 – RFID 和電動(dòng)汽車的整體有效功率可以達(dá)到更高的 KW

磁感應(yīng)耦合的優(yōu)點(diǎn)包括易于實(shí)施、操作方便、近距離效率更高（小于線圈直徑）和確保安全。因此，它在小型個(gè)人和便攜式電子設(shè)備中很受歡迎

個(gè)人電子產(chǎn)品和便攜式設(shè)備的市場(chǎng)更關(guān)注WPC形成的內(nèi)部接受的Qi標(biāo)準(zhǔn)。Qi標(biāo)準(zhǔn)主要側(cè)重于磁感應(yīng)功率傳輸，支持單個(gè)站為所有個(gè)人設(shè)備充電，數(shù)字帶內(nèi)鏈路用于識(shí)別兼容設(shè)備和控制功率水平。

圖-3：磁感應(yīng)功率傳輸WPC Qi

磁共振耦合

它的工作原理是消逝波耦合的基本原理，通過(guò)振蕩磁場(chǎng)在兩個(gè)諧振線圈之間產(chǎn)生和傳輸能量

它可以實(shí)現(xiàn)高能量傳輸效率，向外非共振泄漏小

該技術(shù)可以應(yīng)用于一個(gè)發(fā)射諧振器和多個(gè)接收器諧振器之間。因此，它能夠以更高的品質(zhì)因數(shù)對(duì)在MHz頻率范圍內(nèi)運(yùn)行的多個(gè)設(shè)備進(jìn)行并發(fā)充電

盡管如此，Airfuel的磁共振功率傳輸也集中在工作頻率為6.78MHz的行業(yè)中，單個(gè)功率傳輸單元可以供電到多個(gè)功率接收單元。BLE鏈路用于識(shí)別兼容設(shè)備和控制功率水平.